APPRECIATION PSYCHO-PERCEPTIVE DES QUALITES ACOUSTIQUES DES MOSQUEES TURQUES ANCIENNES

Vallet M, Bertin C, Vincent B, Karabiber Z, AEDIFICE Institute Lyon ,France and Yildiz Technical University of Istanbul, Turkey.

AEDIFICE, 185 Rue J.Voillot, F, 69100 Villeurbanne, France, email aedifice-mv@wanadoo.fr

 

 

 

SUMMARY

An experiment has been performed, in the European project CAHRISMA, using auralized sounds, in which some parameters have been modified; the variables are distance between source and receiver (2 levels), volume (2 mosques), Reverberation Time (7 RT’s ) and sound type (sermon and prayer ). 56 different sounds have been presented and evaluated by a sample of 60 people, one sub-sample being Islamic, the other not.

The statistical analysis of the data allows the evaluation of the preferred RT, as well as the assessment of the relative weight of the perceived distance, RT, intelligibility-clarity and intensity in the global impression on the mosques acoustical qualities.

These data could be considered as requirements for the building of new mosques.

 
 

I INTRODUCTION

 Le but du projet Européen CAHRISMA est de faire revivre l'héritage culturel que représentent les églises et mosquées anciennes construites en Turquie , par l'architecte Sinan, durant les époques Byzantines et Ottomane du XVIeme siècle. Un des objectif de cette étude, qui fait partie du programme Européen INCOMED, consiste en l'évaluation des qualités acoustiques des sons entendus dans ces lieux de prière, et la proposition éventuelle de recommandations pour la construction de mosquées nouvelles. Le travail comprend 3 étapes:

- une enquête psychosociologique par questionnaires auprès de 120 utilisateurs des mosquées, afin de connaître leur opinion spontanée sur l'importance relative de l'acoustique, comparée à la valeur architecturale ou historique et à la décoration.

- une série de 15 interviews de spécialistes de l'acoustique, qui ont été invités à donner leur impression sur des sons enregistrés dans les mosquées historiques, de façon à selectionner les principaux paramètres acoustiques de leur jugement..

- une expérimentation en laboratoire, qui est l'objet de cet article.
 

II PROTOCOLE EXPERIMENTAL ET ECHANTILLONS

Le but de cette partie de l'étude est de préciser l'optimum des propriétés acoustiques des volumes des mosquées, de façon à développer une proposition des niveaux souhaitables, spécialement pour le temps de réverbération ( TR) dans les nouvelles mosquées. Les signaux acoustiques utilisés pour l'expérience psychoacoustique ont été préparés par l'Université Technique du Danemark, un des partenaires du projet. Les simulations par le programme ODEON de la mosquée de Sokullu (5700 m3) et de la mosquée de Suleymaniye (115000m3) ont été choisi comme stimuli de l'ambiance des mosquées Turque anciennes. Prenant comme référence le TR mesuré de ces mosquées et les facteurs d'échelle 0,5/0,63/0,8/1,25/1,59 et 2, sept valeurs différentes de TR ont été obtenues pour chaque édifice. Deux enregistrements en conditions anéchoïques ont été retenus comme stimuli (chant- prière et discours-sermon). De plus deux positions du receveur ont été choisies , ce qui procure un total de 2*7*2*2= 56 sons stimili.

Le protocole expérimental repose sur l’écoute au casque et dans une pièce calme, de 56 sons différents par deux groupes distincts (30 musulmans, 30 non-musulmans). Chaque participant est caractérisé par son âge, sa profession, sa fréquentation de lieux de culte et sa compréhension de la langue utilisée pour les prières et sermons. L'acuité auditive est controlée par interrogatoire.

Pour chaque son, le répondant doit caractériser celui-ci sur une échelle non graduée de 10 cm. Pour chaque son la distance au locuteur, l'intelligibilité du sermon ou la clarté des prières, l'intensité sonore, la réverbération et l'impression générale sont évaluées A l’issue de la séance d’écoute des 56 sons, d'environ 45 minutes au total, chaque sujet s’exprime sur l’ensemble du protocole (agrément ; habitude, stress)

L’échantillon " musulman " est en moyenne plus agé. L’échantillon " non-musulmans " se caractérise par une très faible fréquentation des lieux de culte, à l’opposé de l’échantillon musulman sélectionné sur un lieu de culte (mosquée de Lyon). Les conditions expérimentales et le protocole sont généralement jugés plus habituels, apaisant et agréables par les musulmans, qui comprennent les sermons et les prières, à l’opposé des non-musulmans.

La cohérence des réponses de chaque sujet pour chacune des échelles a été testée avec l' hypothèse que les données sont distribuées selon la loi normale. Quelques sujets ont été écartés pour leurs réponses aberrantes.

L'analyse effectue une comparaison des jugements perceptifs , selon les échantillons, puis réalise une approche quantitative de laquelle on tentera d'extraire une loi psycho-acoustique.

 

Tableau : Caractéristiques des 56 sons- Description des variables contrôlées

 

Mosquée SOKULLU Mosquée SULEYMANIYE

Son	Discours	Distance	RT		Son	Discours	Distance	RT
1	Prière	4,33	1,80		29	Prière	6,00	3,86
2			2,12		30			4,57
3			2,58		31			5,35
4			2,92		32			6,25
5			3,39		33			7,50
6			4,19		34			8,95
7			4,94		35			10,34
8		12,89	1,90		36		32,58	3,96
9			1,97		37			4,75
10			2,54		38			5,47
11			2,95		39			6,35
12			3,38		40			7,52
13			4,17		41			8,81
14			4,83		42			10,21
15	Sermon	4,33	1,80		43	Sermon	6,00	3,86
16			2,12		44			4,57
17			2,58		45			5,35
18			2,92		46			6,25
19			3,39		47			7,50
20			4,19		48			8,95
21			4,94		49			10,34
22		12,89	1,90		50		32,58	3,96
23			1,97		51			4,75
24			2,54		52			5,47
25			2,95		53			6,35
26			3,38		54			7,52
27			4,17		55			8,81
28			4,83		56			10,21

Distance en mètres, RT en secondes
 

 

III ANALYSE COMPARATIVE DES JUGEMENTS PERCEPTIFS SELON LES GROUPES

 

3.1 Définition et constitution des scores moyens pour chaque son

L’approche permet d’obtenir pour chaque son un ensemble de notes exprimées par chaque sujet. La méthode retenue calcule un score moyen pour chaque son et pour chacune des 5 échelles mesurées auprès des sujets de chaque échantillon.

 

 

Scores moyens aux différentes échelles de perception selon échantillon

Les légères différences entre échantillon ne peuvent pas être considérées comme étant statistiquement significatives. On observe simplement une légère surestimation de l’intensité et de la réverbération par les non-musulmans ainsi qu’une impression générale et une intelligibilité légèrement supérieure chez les musulmans, cette dernière étant explicable par la compréhension de la langue. La distance perçue est jugée de façon équivalente par les deux sous-échantillons.

 

Comparaisons selon la mosquée

Quelque soit l’échantillon, les résultats montrent une proximité, une meilleure intelligibilité et clarté à la mosquée de Sokullu. De même le temps de réverbération estimé est plus court et l’impression générale meilleure à Sokullu que pour la mosquée Suleymaniye.

 

Comparaisons selon prière ou sermon

Quelque soit l’échantillon, il n’apparaît pas de différences significatives des jugements selon qu’il s’agit de prières ou de sermon. On observe simplement des scores légèrement supérieurs pour les prières, mais non-significatifs.

 

Comparaisons selon distance réelle

La distance réelle influe de façon statistiquement significative sur toutes les perceptions et jugements.

Les scores sont meilleurs pour les distances proches (4,33 ou 6mètres).

Ils se dégradent (Intelligibilité, clarté, intensité et impression générale) pour la distance la plus éloignée (32,58 mètres)

La réverbération perçue est plus courte pour les deux distances de Sokkullu (4,33 ; 12,89 mètres)

La réverbération perçue est plus longue pour les deux distances de la seconde mosquée (6,00 ; 32,58 mètres)

L’impression générale est peu dégradée par une distance courte (4,33 ou 12,89m) sur Sokkullu.

A l’inverse, l’impression générale se dégrade avec une distance longue(6,00 ou 32,58m) sur la seconde mosquée.

Ces résultats restent équivalents pour les Musulmans et les non-Musulmans

 

3.2 Comparaisons des scores aux échelles de perception selon les valeurs physiques de R.T. (8 sons par classes)

La perception de la distance augmente avec l’augmentation du temps de réverbération (R.T.).

L’intelligibilité et la clarté, diminuent avec l’augmentation de R.T.

L’intensité ne varie pas en fonction de R.T. Ce résultat inattendu fait l'objet d'une analyse plus fine au chapitre suivant.

La réverbération perçue varie bien avec les variations de la réverbération réelle. On notera que la différence se situe surtout pour les temps inférieurs à 2,54 sec.

L’impression générale régresse avec l’augmentation de R.T. Elle est optimale pour des temps de réverbération inférieurs à 2,54 sec (non musulmans) et 3,38 sec (musulmans). A part cela les résultats obtenus avec les Musulmans et les non-musulmans sont dans l’ensemble identiques. On observera simplement une acceptation légèrement supérieure du temps de réverbération chez les musulmans sans que celui-ci ne dégrade l’impression générale.

 

3.3 Corrélations entre les échelles de perception

La matrice de corrélation montre des relations fortes entre la Distance réelle ET

Distance estimée (+) Clarté intelligibilité (-)

Intensité (-) Impression générale (-)

La distance réelle est donc bien estimée et son augmentation entraine une dégradation de la clarté/intelligibilité et de l’impression générale. On observe aussi des relations significatives entre R.T. mesurée ET la Réverbération estimée

Ainsi qu’entre Intensité ET Clarté intelligibilité (+) et l’Impression générale (+)

L’impression générale se dégrade donc avec l’augmentation de la réverbération. Enfin, l’impression générale est quasiment confondue avec l’intelligibilité ou la clarté. Les relations observées sont comparables entre les différents échantillons.

 

3.4 Préférences des sons

Pour chaque son, on observe le score moyen obtenu pour l’échelle d’appréciation auprès des 30 sujets et son éventuelle différenciation vis à vis de la moyenne générale observée sur les 56 sons. Les scores moyens d’appréciation obtenus par chaque son permettent de sélectionner ceux qui sont sur ou sous-appréciés (au moins deux erreur-types en plus ou en moins de la moyenne générale). On observe certaines variations entre les échantillons mais il n’existe par d’écarts importants (un son sous-estimé par un groupe n’est jamais surestimé par l’autre).

Les sons les plus appréciés sont à Sokullu, les stimuli 3 , pour la prière et 15-16 pour le sermon. Avec pour niveau optimum respectivement RT= 2,58 sec pour la prière et 1,8-2,12 sec pour les sermons optimum, pour la position proche.

Les sons les moins appréciés sont caractéristiques des sermons (9/14) à Suleymaniye (12/14) et se caractérisent tous par une distance éloignée (32, 58 mètres) et des R.T. supérieurs à 4, 17 voire 5,4.sec

Aucun son ne se trouve " préféré " par un échantillon et " rejeté " par un second.

 

 

 

IV ETUDE DES PERCEPTIONS SELON LES PROPRIETES PHYSIQUES DES SONS

 

4.1 Corrélations entre RT-1000 Hz, Impression générale ; Intelligibilité/clarté

Chaque son se caractérise par 8 valeurs du temps de réverbération par octave. La matrice de corrélation laisse apparaître que :

- les R.T par octaves sont très fortement corrélées entre elles,

- la plage 8000 HZ est légèrement moins corrélée aux autres valeurs de R.T. sauf la plage 1000 Hz qui est la mieux corrélée à cette plage 8000 Hz

- La valeur R.T la mieux corrélée à l’impression et Intelligibilité/clarté est celle des 8000 Hz

 

On notera aussi que sur Suleymaniye, la valeur de R.T à 1000 Hz (retenue jusqu’à présent) est bien moins corrélée à l’impression générale que la valeur RT pour 8000 Hz.

 

 

Comparaison des valeurs moyennes des 56 sons, selon la mosquée

On observe que les sons simulés sur les deux mosquées ne sont pas acoustiquement comparables, en terme de perceptions, liées aux caractéristiques physiques des temps de réverbération. Les temps de réverbération sont en moyenne, quelle que soit la bande, plus longs à Suleymaniye et les jugements sont meilleurs à Sokullu (proximité, intelligibilité-clarté, impression générale) quel que soit l’échantillon.

 

4.2 Corrélations et droites de régression entre impression générale( y) et valeurs de R.T (x)

Pour les non musulmans y (impression) = - 3,36x+69,5 " r " = 0,507

Pour les musulmans y (impression) = - 2,94 x + 73 " r " = 0,48

L’impression générale est liée au temps de réverbération à 1000 Hz et diminue avec l’augmentation de celui-ci. On observe sur les deux échantillons que la relation entre impression générale et R.T. est beaucoup moins dispersée (donc plus forte et linéaire) pour les faibles valeurs de R.T. La relation entre impression générale et R.T est plus forte pour les sons simulés de la mosquée Sokullu. Ces 2 liaisons x/y étant très proches pour les 2 groupes, on peut effectuer une analyse regroupée.

 

4.3 Etude de Régression de l’impression générale avec le volume et la distance

Le volume des salles est estimé par un rapport de 1 à 20 entre les deux mosquées.

Corrélations simples impression générale/volume = -0,32

impression générale/distance = -0.78

 

 

4.4 Analyses complémentaires

Le graphique illustre clairement, et quelque soit l’échantillon, une diminution très sensible de l’impression générale moyenne avec l’augmentation du temps de réverbération (seuil à partir de 3,38 sec). Un test a été opéré sur un échantillon d'auditeurs Turcs, qui sera analysé dans un autre papier

Par Mosquée : Impression générale moyenne selon distance et R.T. : Sur les deux mosquées, on observe une baisse de l’impression générale liée d’une part à l’augmentation de la distance et d’autre part à l’augmentation de R.T.

Sokkulu ; sons proches : L’impression générale moyenne reste statistiquement supérieure jusqu’à une valeur du temps de réverbération de 2,92 sec en situation proche.

Sokkulu ; sons éloignés : L’impression générale reste statistiquement supérieure jusqu’à une valeur R.T. de 2,54 sec. Sur cette mosquée, l’effet de la distance sur l’impression générale est en partie compensée par la réduction de R.T.

Suleymanyie ; sons proches : L’impression générale reste statistiquement supérieure jusqu’à une valeur R.T. de 5,3.

Suleymanyie ; sons éloignés : L’impression générale moyenne reste statistiquement supérieure jusqu’à une valeur R.T. de 4,75 sec. La baisse d’impression générale liée à l’augmentation de la distance est cependant moins compensée par la réduction de R.T.

 

4.5 Etude spécifique de la réverbération et de l'intensité perçue

Optimum : valeur physique de R.T associée à une réverbération perçue sensiblement égale à 50 sur l’échelle de perception (graduée de 0 à 100). Il s’agit donc de la valeur réelle de la réverbération associée à une perception médiane, notée Topt..

Ecart significatif : couple de valeurs de la réverbération réelle associé à la plus forte variation de la perception.

( c'est un indice de sensibilité)

 

Réverbération perçue selon prière ou sermon et distance par mosquée

 

Mosquée de Sokkulu

 

Son 1 à 7 : Sokkulu – prière – 4, 33 mètres

L’optimum Topt se situe entre 2,92 et 3,39 sec L’écart le plus significatif se situe entre 2,92 et 3,39sec

 

Son 15 à 21 : Sokkulu – Sermon – 4, 33 mètres

L’optimum Topt se situe entre 2,92 et 3,39 sec Les écarts les plus significatifs se situent entre 2,92 et 4,19 sec

 

Son 8 à 14 : Sokkulu – Prière – 12,89 mètres

L’optimum Topt se situe à 2,95 sec .Les écarts les plus significatifs se situent entre 1,97 et 2,95 sec

 

Son 22 à 28 : Sokkulu – Sermon -12,89 mètres

L’optimum Topt se situe entre 2,54 et 2,95 sec mais les écarts les plus significatifs se situent entre 3,38 et 4,17 sec

 

Mosquée de Süleymaniye

 

Son 29 à 35 : Süleymaniye -prière- 6 mètres

L’optimum se situe aux alentours de 4,57 sec L’écart le plus significatif se situe entre 3,86 et 4,57

 

Son 43à 49 : Süleymaniye –sermon – 6 mètres

L’optimum se situe aux alentours de 4, 57 L’écart le plus significatif se situe entre 3,86 et 4,57

 

Son 36 à 42 : Süleymaniye –prière– 32,58 mètres

L’optimum se situe à 3,96 L’écart le plus significatif se situe entre 3,96 et 4,75

 

Son 50 à 56 : Süleymaniye –sermon – 32,58 mètres

L’optimum se situerait en dessous de 3, 96 mais l’écart le plus significatif se situe entre 4,75 et 5,47 sec

Les résultats varient peu sur les 2 moquées entre prière ou de sermons. Par contre, ils varient plus selon la distance :

Sokkullu : les optimums se situent entre 2,92 et 3,39 sec pour les sons " proches " et entre 2,54 et 2,95 sec pour les sons éloignés.

Suleymanie : les optimums se situent à 4,57 sec pour les sons " proches " et en dessous de 3,96 sec pour les sons éloignés.

 

Réverbération perçue selon la distance et par mosquée

Cette seconde approche statistique de la réverbération perçue en fonction de la réverbération réelle porte sur les variations induites par la distance et le type de mosquée (l’analyse précédente ayant montré un très faible effet entre prière et sermon).

 

Session 1 : distance proche - mosquée Sokkulu

L’optimum se situe aux alentours de 3, 39 sec. L’écart le plus significatif se situe entre 2,92 et 3,39 sec

 

Session  2 : distance proche - mosquée de Suleymaniye

L’optimum se situe aux alentours de 4, 57 sec..L’écart le plus significatif se situe entre 3,86 et 4,57 sec

 

Session  3 : distance éloignée - mosquée de Sokkulu

L’optimum se situe aux alentours de 2,95.sec. Les écarts les plus significatifs se situent entre 1,97 et 2,95 sec

 

Session  4 : distance éloignée - mosquée de Suleymaniye

L’optimum se situe aux alentours de 3,96.sec. L’écart le plus significatif se situe entre 4,7 et 5,4 sec

Ces valeurs observées ici sont assez comparables à celles notées dans la littérature; dans les églises ayant un volume semblable à Sokullu, les valeurs optimum (Topt) sont : 2,8 sec( Bruel) in ref 1, 2,7 sec ( Maekawa)in ref 1, 2,5-3,8 sec (Templeton) in ref2, 1,9 sec (Beranek)in ref 1,1,8 sec (Knudsen) in ref 1, 1,7-2,8 sec ( Everest) in ref 3. Pour la grande mosquée la littérature ne fournit pas de valeurs expérimentales ni même extrapolées des précédentes.

Pour les trois premières sessions, la réverbération perçue varie e,n fonctio,n de RT réelle de façon linéaire et croissante. Pour des distances éloignées de Suleymaniye (session 4), la réverbération perçue varie de façon moins importante (valeur de F-test plus faible).Dans la plupart des cas une réduction des valeurs de RT compense l'augmentation de la distance, sauf pour les mosquées très grandes ou la situation est plus complexe. Cette observation permet d'utiliser ces résultats provenant de l'héritage culturel acoustique des mosquées Turques anciennes pour la construction des mosquées modernes
 

 

VI CONCLUSIONS

L'analyse des résultats quantitatifs de cette expérimentation psycho- acoustique sur des sons auralisés fait apparaître une légère différence entre le groupe des musulmans et celui des non-musulmans; cependant les légères différences entre échantillons ne peuvent pas être considérées comme étant statistiquement significatives. On observe simplement une légère surestimation de l’intensité et de la réverbération par les non-musulmans ainsi qu’une impression générale et une intelligibilité légèrement supérieure chez les musulmans, cette dernière étant explicable par la compréhension de la langue. La distance perçue est jugée de façon équivalente par les deux sous-échantillons

L'impression générale des sons est très liée à la distance et au Temps de Réverbération, et se dégrade avec l'augmentation de ces paramètres . Les indications des valeurs de RT souhaitables lors de la pratique des prières et des sermons ont un optimum qui varie selon la distance entre l'émission et la réception des sons:

- pour un espace de 5000 à 6000m3 (mosquée Sokullu = 5700) l'optimum se situe entre 2,9 et 3,4 sec de RT , à courte distance ( 4 m) et il est identique pour la prière et le sermon; pour une distance de 13 m l'optimum est entre 2,5 et 3 sec, mais le point le plus sensible de la fonction se situe entre 3,38 et 4,13 sec, d'ou on conclura que , à cette distance on ne doit pas dépasser 4 sec

- pour un volume plus vaste (mosquée Suleymaniye = 115000m3) l'optimum se situe à 4,6 sec pour une distance de 6 m ; le point le plus sensible se situe entre 3,86 et 4,6 et on en conclut qu'il est préférable de rester sensiblement en dessous de 4,6 sec. Pour une distance plus longue de 32 mètres, l'optimum est de 4 sec, avec une inflexion entre 4 et 4,8 sec pour les prières et entre 4,8 et 5,5 sec pour le sermon, l'intelligibilité de ce dernier étant meilleure que celle des prières.

La simulation des sons provenant de l'héritage culturel acoustique des mosquées anciennes construites en Turquie au XVIème siècle fournit , après expérimentation, et en association avec les résultats chiffrés issus de la littérature, une piste pour le développement des indications à respecter lors de la construction de mosquées modernes; le traitement acoustique par des moyens architecturaux constituera l'essentiel de l'application. Ce traitement de base devra être complété par l'emploi de moyens electro-acoustiques, afin de tenir compte du taux de fréquentation des mosquées, très variables selon les jours, et qui modifie beaucoup les valeurs d'absorption acoustique et donc l'audition des sermons et prières.

Contract: CEC DG Research n° ICA3-CT- 1999-00007

Remerciements: Oersted Institute, Danish Technical University

Mr le Recteur de la Mosquée de Lyon